蚯蚓对土壤微生物残留物的影响研究评述与展望

蚯蚓如何影响土壤有机碳的固持是土壤生态学的关键科学问题之一。蚯蚓能同时促进土壤有机碳分解和稳定,这种两面作用带来的不确定性被研究者称为“蚯蚓困境”。研究证据和新兴的“土壤微生物碳泵”概念模型表明土壤微生物残留物是土壤有机质的主要贡献者。为系统了解蚯蚓对土壤微生物残留物的影响与可能的机制,研究分析和总结了已有的国内外蚯蚓与微生物残留物(氨基糖)的相关研究成果,表明:(1)过往的研究忽略了蚯蚓对微生物残留物的影响,导致这一方向的研究严重滞后;(2)蚯蚓对土壤微生物残留物影响的方向和大小仍有很大的不确定性,可供量化分析其驱动机制的研究还很缺乏。研究尝试将蚯蚓整合到“土壤微生物碳泵”概念框架中,分析蚯蚓影响土壤微生物残留物3个方面的可能机制,即:(1)改变土壤微生物量、群落结构,(2)改变微生物生理特性,(3)改变土壤团聚体结构等,影响土壤有机碳的积累。同时,本文提出了未来相关研究的6个重点方向,包括:(1)蚯蚓对微生物的选择性取食,(2)肠道介导的微生物“涨落”现象,(3)蚯蚓对矿质结合有机物的“破坏”与“重组”,(4)蚯蚓引起的“激发”和“续埋”效应,(5)多生态型相互作用,(6)全球变化背景下的蚯蚓生态学等,以期为进一步揭示蚯蚓—微生物相互作用影响土壤有机碳累积与稳定性的机制提供参考。

小兴安岭阔叶红松林地表甲虫Beta多样性

Beta多样性用来衡量集群内物种组成的变异性,可以被分解为空间物种转换和物种集群镶嵌两个组分,是揭示群落构建机制的重要基础。目前开展了较多的地上生态系统beta多样性研究,然而地下生态系统beta多样性进展缓慢。以小兴安岭凉水和丰林自然保护区为研究地区,于2015年8、10月采用陷阱法对阔叶红松林进行调查,揭示地表甲虫(步甲科、隐翅虫科、葬甲科)的beta多样性。结果表明:(1)凉水共发现39种、856只地表甲虫,丰林共发现43种、1182只地表甲虫。8月凉水明显具有较高的全部甲虫(三个科的总和)物种多样性和丰富度,10月正好相反。(2)凉水和丰林之间地表甲虫beta多样性的差异仅发现于8月的步甲科和葬甲科之间。(3)凉水和丰林地表甲虫的beta多样性主要由空间物种转换组成,物种集群镶嵌对beta多样性的贡献很小,说明地表甲虫物种组成变异主要由本地物种之间较高的转换引起。研究表明小兴安岭阔叶红松林地表甲虫的beta多样性主要由空间物种转换组成,在揭示群落构建机制过程中,其内部物种交换和环境调控不容忽视。

小兴安岭阔叶红松林局地尺度地表鞘翅目成虫群落结构

依托凉水国家级自然保护区9 hm2阔叶红松林动态监测样地,基于陷阱法分析了该地区2015年7、8和10月地表鞘翅目成虫的物种组成、群落结构及其多样性特征。结果表明:3次调查共捕获鞘翅目成虫3 186只,隶属12科、38属、72种,其中步甲科、葬甲科和隐翅虫科为样地的优势科。群落各月间科数量为显著差异(p<0.05),物种数量和个体数量则为极显著差异(p<0.01)。群落及优势科大都表现为中等不相似和极不相似。群落优势度指数和多样性指数在科级水平上与种级水平变化一致,各数值由大到小表现为7月、8月、10月,均匀度指数的变化则与优势度和多样性指数相反;葬甲科除8月的均匀度指数大于7月外,其他各项指数均由大到小表现为7月大于8月;步甲科除均匀度指数由大到小表现为10月、7月、8月,其他指数均由大到小表现为7月、8月、10月;隐翅虫科各指数总是7月大于10月,而均匀度指数8月最高,丰富度指数和优势度指数则为8月最低。方差分析及多重比较显示,仅个别指数在调查月份间存在显著差异。

小兴安岭森林地表鞘翅目成虫对不同干扰梯度的响应

为探讨小兴安岭凉水自然保护区森林生态系统中地表鞘翅目成虫群落对不同人为干扰梯度的响应,于2015年7月、8月和10月分别对轻度干扰[原始阔叶红松林(KY)和谷地云冷杉林(YL)]、中度干扰[阔叶红松择伐林(ZF)和次生白桦林(BH)]及重度干扰[落叶松人工林(RL)和红松人工林(RHS)]的6个林型进行取样调查。结果表明:(1)整个采样周期共捕获地表鞘翅目成虫879只,隶属9科44物种;其中轻度干扰生境共捕获6科29种251只(KY捕获5科21种150只,YL捕获4科20种101只),中度干扰生境捕获6科27种276只(ZF捕获3科20种144只,BH捕获6科23种132只),重度干扰生境捕获6科29种352只(RL捕获4科22种232只,RHS捕获5科17种120只)。(2)7月和8月步甲科和葬甲科占据数量优势,10月步甲科和葬甲科成虫数量明显减少而隐翅虫科数量占优势;不同林型及不同干扰梯度地表鞘翅目成虫物种总数和总个体数于7、8、10月均表现为下降趋势,且群落多样性也呈不同程度下降。(3)林型和月份对地表鞘翅目成虫群落结构具有显著影响,干扰梯度对群落结构无显著影响;6个林型之间地表鞘翅目成虫个体数量具有显著差异,但在物种组成上无显著差异;不同干扰梯度间地表鞘翅目成虫个体数、物种数无显著差异,且随干扰梯度变化没有明显的梯度性规律;相似性系数和聚类分析表明,属于同一干扰梯度的两个林型没有表现出高度的相似性。本研究表明干扰梯度不是决定各林型间地表鞘翅目成虫群落多样性存在差异的主要原因,凉水森林生态系统地表鞘翅目成虫对不同干扰梯度的响应不符合中度干扰假说,林型和时间则是影响地表鞘翅目成虫群落组成的显著因素,本实验为地表生物多样性保护和森林生态系统管理提供数据支撑。

土壤动物生态学作为自然地理野外实习重要内容的思考

野外实习是地理学教学的重要环节,对学生巩固所学专业知识以及其综合运用有重要意义。在具体实施过程中野外实习存在着诸如课程安排不合理、缺乏学生的主观能动性的训练,实习缺乏系统性,实习资源条件差,评价单一等问题,导致教学效果并不理想。土壤动物生态学作为一门交叉性很强的学科,纳入自然地理野外实习中,在牡丹江镜泊湖实习基地,通过土壤动物的获取,自然生境数据的采集、后期数据的处理以及结果分析,进行一次完整的野外调查和实习成果评定,以此帮助学生掌握理论知识提高专业技能。

有机肥和植被去除管理对人工林土壤节肢动物多样性的影响

施用有机肥和林下抚育(植被去除)是人工林重要的管理措施;土壤节肢动物物种丰富,是土壤生态系统的重要组成成分,对环境变化敏感,可以作为森林管理的指示生物。人工林植被去除和施肥管理影响土壤性质、资源输入量及微生物多样性,从而影响土壤节肢动物多样性,但是相关研究还十分缺乏。以沿海地区杨树人工林为对象,研究了施用有机肥和林下植被去除对土壤节肢动物的数量和多样性的影响。结果表明,有机肥和植被去除管理对不同土壤层土壤节肢动物的数量和多样性指标影响不一致。有机肥增加0—10 cm深度土壤节肢动物总数量、蜱螨目数量,降低土壤节肢动物群落物种丰富度、均匀度和Shannon多样性指数;植被去除减少0—10 cm深度土壤节肢动物总数量和弹尾目数量,降低均匀度指数。两种处理对10—20 cm深度土壤节肢动物群落的数量和各多样性指标影响不显著。总体来说(0—20 cm),有机肥处理土壤节肢动物的数量显著增加,优势类群前气门亚目(Prostigmata)的数量增长为对照的4倍,但是土壤节肢动物群落的均匀度和Shannon多样性指数显著降低,这可能是土壤节肢动物优势类群前气门亚目密度急剧增加,而物种丰富度没有变化所导致;此外,施用有机肥增加了土壤有机质、总氮、有效磷的含量,降低土壤pH值,并且与前气门亚目密度显著相关。林下植被去除没有影响0—20 cm深度土壤节肢动物的数量和各多样性指标。

食物资源对人工红松林地表鞘翅目土壤动物群落格局的影响

揭示群落物种空间格局与过程是土壤动物群落生态学研究的重点内容之一.本实验于2017年7月在黑龙江省凉水自然保护区采用陷阱法调查地表鞘翅目土壤动物,基于地统计分析方法研究20 m×20 m空间尺度地表鞘翅目土壤动物对于食物资源利用的分布格局特征.结果表明:所有调查共捕获地表鞘翅目成虫246只,经鉴定分为7科25种,其中葬甲科(Silphidae)、步甲科(Carabidae)和隐翅虫科(Staphylinidae)为群落的优势科.葬甲科空间分布格局主要受食物资源的调控表现为明显的中心聚集现象,绝大多数个体聚集在样地中心食物资源附近.葬甲科分布格局与鞘翅目群落的格局类似,食物资源主要对葬甲科具有调控作用,且葬甲科个体数在鞘翅目群落中占有较大比例,因而鞘翅目群落空间格局与葬甲科空间格局具有一致性,葬甲科一定程度上决定了鞘翅目群落的格局特征.

不同林龄杨树人工林地表甲虫群落多样性特征

【目的】甲虫作为森林生态系统的重要生物组分,能够调控森林凋落物分解及土壤生态学过程。笔者探明不同林龄杨树人工林地表甲虫群落多样性特征,为揭示杨树人工林生态系统结构、功能、过程并维持林地生产力提供理论支撑。【方法】于2020—2021年,以江苏东台的黄海森林公园不同林龄(6、9、12、15及18 a)杨树人工林为对象,采用巴氏罐诱法收集不同年龄林分的地表甲虫,并在体视显微镜(LEICA M205A)下鉴定和计数。分析杨树(Populus spp.)人工林地表甲虫群落组成、结构及多样性特征。【结果】研究期间共采集到地表甲虫标本1 460只,分属于7科28种。其中优势种为蠋步甲(Dolichus halensis)、亮足细胫步甲(Agonum gracilipes)、铜绿婪步甲(Harpalus chalcentus)和巨短胸步甲(Amara gigantea),其数量占总个体数的79.11%;常见种为谷婪步甲(Harpalus calceatus)、毛婪步甲(Harpalus griseus)、条斑叶象(Hypera conmaculata)、黄斑青步甲(Chlaenius micans)、红角婪步甲(Harpalus amplicollis)和脊青步甲(Chlaenius costiger),占总个体数的15.82%;其余18种均为稀有种群,仅占总个体数的5.07%;地表甲虫种类数和个体数量随林龄的变化,表现为12年生杨树人工林显著高于其他林龄,18年生林分最低;地表甲虫物种多样性随杨树人工林林龄增加呈先增后减的变化规律,最大值与最小值分别出现在12年生和18年生杨树人工林,变幅为33.83%,其中6、9、15年生杨树人工林地表甲虫多样性无显著差异。总之,地表甲虫个体数量、物种多样性变化,从杨树幼龄林至中龄林阶段表现为增加趋势,在中龄林到成过熟林阶段表现为减少趋势。【结论】地表甲虫个体数量、物种多样性与杨树人工林生长发育阶段密切相关,处于快速生长发育阶段的中龄林具有较高的物种多样性,处于成熟林阶段的杨树人工林地表甲虫的个体数量和多样性均显著降低。

丰林典型阔叶红松林地表鞘翅目成虫空间异质性及其与环境因子的空间关联性

土壤动物群落空间异质性及其与环境因子的空间作用关系,是揭示土壤生态系统格局与过程及生物多样性维持机制的重要基础。作者于2015年生长季节(8月)、寒冷季节(10月)在丰林典型阔叶红松林动态监测样地内,采用陷阱法调查地表鞘翅目成虫群落,基于地统计空间分析方法,揭示步甲科和隐翅虫科群落个体数和物种数及优势种的空间格局,并分析这些空间格局与土壤含水量和地形因子的空间关联性。两次采样共捕获步甲科成虫26种617只,隐翅虫科19种222只。8月群落个体数和物种数表现为中等变异,10月为强变异,群落组成在两个月间具有显著差异。生长季节(8月)和寒冷季节(10月)步甲科和隐翅虫科群落多表现为中等的空间自相关性,空间分异由随机性因素和结构性因素共同决定。单个物种的个体数多具有中等的空间异质性特征,且其空间分异主要由随机性因素和结构性因素共同调控。生长季节群落的个体数、物种数和优势种个体数多形成斑块和孔隙镶嵌分布的空间格局。物种之间及物种与环境因子之间多为复杂的空间关联性,这些关联性主要受到结构性因素或随机性因素的单一调控。典范对应分析(canonical correspondence analysis,CCA)结果表明,8月土壤含水量对步甲科和隐翅虫科物种分布影响显著,10月凹凸度对步甲科分布影响显著,海拔对隐翅虫科分布具有显著影响。本研究表明地表步甲科和隐翅虫科在生长季节形成明显的空间格局而在寒冷季节空间格局不明显,为不同尺度地表土壤动物空间异质性和生物多样性维持机制研究提供了理论基础。

阔叶红松林地表鞘翅目多样性及种间关联性

生物间相互作用被认为是群落构建机制的重要驱动力,然而目前不同空间尺度土壤动物群落物种间相互关联性仍不清楚。为了揭示小尺度空间地表鞘翅目成虫的物种组成、多样性及种间关联性,并验证是否亲缘关系较近的同属(科)物种之间多表现为负关联性,本实验于2015年8月、10月在丰林自然保护区9 hm2阔叶红松林固定监测样地,采用陷阱法捕获地表鞘翅目土壤动物。结果表明:(1)两次实验共捕获地表鞘翅目成虫1394只,隶属9科58种,其中步行虫科和隐翅虫科为优势科。10月捕获的个体数量和物种数相较于8月明显减少,群落多样性在8月和10月间具明显差异。(2)8月份,葬甲科、步行虫科和隐翅虫科群落丰富度均为显著的正关联,不同科地表鞘翅目成虫物种之间空间生态位重叠度较低,种间关系多为随机关系;同科内物种之间大多数为随机关系,极少数物种之间表现为显著的正/负的关联性。本研究表明,小尺度空间地表鞘翅目成虫群落组成和多样性在2个月份间具有明显变化,群落内物种间多为随机性关系,亲缘关系较近的物种间并未表现较多显著的负关联性。